Βιομηχανικές συσκευές αποθήκευσης ενέργειας

Τα παλιά χρόνια, η ηλεκτρική ενέργεια που λαμβανόταν στα υδροηλεκτρικά εργοστάσια παραδιδόταν αμέσως στους καταναλωτές: οι λάμπες αναμμένα, οι κινητήρες έτρεχαν. Σήμερα, ωστόσο, καθώς οι δυνατότητες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έχουν επεκταθεί σε μεγάλο βαθμό, το ζήτημα των αποτελεσματικών τρόπων αποθήκευσης της παραγόμενης ενέργειας έχει τεθεί σοβαρά με πολλούς τρόπους, όπως διάφορες ανανεώσιμες πηγές.

Όπως γνωρίζετε, κατά τη διάρκεια της ημέρας η ανθρωπότητα ξοδεύει πολύ περισσότερη ενέργεια από ό,τι τη νύχτα. Οι ώρες φορτίων αιχμής στις πόλεις εμπίπτουν σε αυστηρά καθορισμένες πρωινές και βραδινές ώρες, ενώ οι μονάδες παραγωγής (ειδικά ηλιακή, αιολική κ.λπ.) παράγουν μια ορισμένη μέση ισχύ που ποικίλλει σημαντικά σε διαφορετικές ώρες της ημέρας και ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες.

Σε τέτοιες περιπτώσεις, δεν είναι κακή ιδέα για τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής να διαθέτουν κάποιο είδος εφεδρικής αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να παρέχει την απαιτούμενη ισχύ οποιαδήποτε στιγμή της ημέρας. Ας ρίξουμε μια ματιά σε μερικές από τις καλύτερες τεχνολογίες για την επίλυση αυτού του προβλήματος.

Αποθήκευση υδραυλικής ενέργειας

Η παλαιότερη μέθοδος που δεν έχει χάσει τη σημασία της μέχρι σήμερα. Δύο μεγάλες δεξαμενές νερού βρίσκονται η μία πάνω από την άλλη. Το νερό στην επάνω δεξαμενή, όπως κάθε αντικείμενο που σηκώνεται σε ύψος, έχει υψηλότερη δυναμική ενέργεια από το νερό στην κάτω δεξαμενή.

Όταν η κατανάλωση ενέργειας του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής είναι χαμηλή, τότε το νερό αντλείται στην άνω δεξαμενή με αντλίες. Κατά τις ώρες αιχμής, όταν το εργοστάσιο αναγκάζεται να τροφοδοτήσει με υψηλή ισχύ το δίκτυο, το νερό από την επάνω δεξαμενή εκτρέπεται μέσω της τουρμπίνας της υδρογεννήτριας, δημιουργώντας έτσι αυξημένη ισχύ.

Στη Γερμανία, αναπτύσσονται έργα αυτού του τύπου υδροσυσσωρευτών για την επακόλουθη ανέγερσή τους σε τοποθεσίες παλαιών ανθρακωρυχείων, καθώς και στον πυθμένα του ωκεανού σε σφαιρικές αποθήκες που έχουν δημιουργηθεί ειδικά για το σκοπό αυτό.

Αποθήκευση ενέργειας με τη μορφή πεπιεσμένου αέρα

Όπως ένα συμπιεσμένο ελατήριο, ο πεπιεσμένος αέρας που εγχέεται σε έναν κύλινδρο μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια σε δυναμική μορφή. Η τεχνολογία εκκολάπτονταν από μηχανικούς για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά δεν εφαρμόστηκε λόγω του υψηλού κόστους της. Αλλά ήδη πολύ υψηλά επίπεδα συγκέντρωσης ενέργειας είναι επιτεύξιμα κατά τη διάρκεια της αδιαβατικής συμπίεσης αερίου με ειδικούς συμπιεστές.

Η ιδέα είναι η εξής: κατά την κανονική λειτουργία, μια αντλία αντλεί αέρα στη δεξαμενή και κατά τη διάρκεια των φορτίων αιχμής, ο συμπιεσμένος αέρας απελευθερώνεται από τη δεξαμενή υπό πίεση και στρέφει τον στρόβιλο της γεννήτριας. Υπάρχουν αρκετά παρόμοια συστήματα στον κόσμο, ένας από τους μεγαλύτερους προγραμματιστές των οποίων είναι η καναδική εταιρεία Hydrostar.

Λιωμένο αλάτι ως θερμικός συσσωρευτής

Ηλιακούς συλλέκτες Δεν είναι το μόνο εργαλείο για τη μετατροπή της ακτινοβολούμενης ενέργειας του ήλιου.Η ηλιακή υπέρυθρη ακτινοβολία, όταν συγκεντρωθεί σωστά, μπορεί να θερμάνει και να λιώσει το αλάτι, ακόμη και το μέταλλο.

Έτσι λειτουργούν οι ηλιακοί πύργοι, όπου πολλοί ανακλαστήρες κατευθύνουν την ενέργεια του ήλιου σε μια δεξαμενή αλατιού τοποθετημένη στην κορυφή ενός πύργου που έχει ανεγερθεί στο κέντρο του σταθμού. Το λιωμένο αλάτι στη συνέχεια απελευθερώνει θερμότητα στο νερό, το οποίο μετατρέπεται σε ατμό που περιστρέφει τον στρόβιλο της γεννήτριας.

Έτσι, πριν μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια, η θερμότητα αποθηκεύεται πρώτα σε θερμοσυσσωρευτή με βάση τηγμένο αλάτι.Η τεχνολογία αυτή έχει εφαρμοστεί, για παράδειγμα, στα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα. Η Georgia Tech έχει αναπτύξει μια ακόμη πιο αποτελεσματική συσκευή για τη θερμική αποθήκευση τετηγμένου μετάλλου.

Χημικές μπαταρίες

Μπαταρίες λιθίου για αιολικούς σταθμούς — αυτή είναι η ίδια τεχνολογία με τις μπαταρίες για smartphone και φορητούς υπολογιστές, μόνο που θα υπάρχουν χιλιάδες τέτοιες «μπαταρίες» στην αποθήκευση για το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας. Η τεχνολογία δεν είναι νέα, χρησιμοποιείται σήμερα στις ΗΠΑ. Ένα πρόσφατο παράδειγμα ενός τέτοιου σταθμού 4 MWh είναι αυτό που κατασκεύασε πρόσφατα η Tesla στην Αυστραλία. Ο σταθμός είναι ικανός να παρέχει μέγιστη ισχύ 100 MW στο φορτίο.

Διαρροή χημικών συσσωρευτών

Εάν στις συμβατικές μπαταρίες τα ηλεκτρόδια δεν κινούνται, στις μπαταρίες ροής τα φορτισμένα υγρά λειτουργούν ως ηλεκτρόδια. Δύο υγρά κινούνται μέσα από μια κυψέλη καυσίμου μεμβράνης στην οποία λαμβάνει χώρα η ιοντική αλληλεπίδραση υγρών ηλεκτροδίων και δημιουργούνται ηλεκτρικά φορτία διαφορετικών σημάτων στην κυψέλη χωρίς να αναμειγνύονται τα υγρά. Στατικά ηλεκτρόδια τοποθετούνται στην κυψέλη για την παροχή της ηλεκτρικής ενέργειας που φορτώνεται με αυτόν τον τρόπο στο φορτίο.

Έτσι, στο πλαίσιο του έργου brine4power στη Γερμανία, σχεδιάζεται η εγκατάσταση δεξαμενών με ηλεκτρολύτες (βανάδιο, αλμυρό νερό, διάλυμα χλωρίου ή ψευδαργύρου) υπόγεια και μια μπαταρία ροής 700 MWh θα ανεγερθεί σε τοπικές σπηλιές. Ο κύριος στόχος του έργου είναι να εξισορροπηθεί η κατανομή της ανανεώσιμης ενέργειας καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας για να αποφευχθούν διακοπές ρεύματος που προκαλούνται από έλλειψη ανέμου ή συννεφιά.

Σούπερ δυναμική αποθήκευση βολάν

Η αρχή βασίζεται στην πρώτη μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας — με τη μορφή κινητικής ενέργειας της περιστροφής του σούπερ βολάν, και, εάν είναι απαραίτητο, πίσω σε ηλεκτρική ενέργεια (ο σφόνδυλος γυρίζει τη γεννήτρια).

Αρχικά, ο σφόνδυλος επιταχύνεται από έναν κινητήρα χαμηλής ισχύος μέχρι να φτάσει στο μέγιστο η κατανάλωση φορτίου και όταν το φορτίο φτάσει στο μέγιστο, η ενέργεια που αποθηκεύεται από τον σφόνδυλο μπορεί να παραδοθεί με πολλαπλάσια ισχύ. Αυτή η τεχνολογία δεν έχει βρει ευρεία βιομηχανική εφαρμογή, αλλά θεωρείται πολλά υποσχόμενη για χρήση σε ισχυρές πηγές αδιάλειπτης ενέργειας.